Sistem Modelleme ve Simulasyon

Mekatronik ürünler, farklı fonksiyonları olan alt birimlerin bir araya gelmesiyle oluşurlar.

Bunun gibi karmaşık ürünlerin incelenebilmesi için öncelikle fiziksel daha sonra da matematiksel modelleme yapılır.

Matematiksel bir modelde her bir eleman çoğunlukla semboller ve blok diagramları ile gösterilir.

Simulasyon, matematiksel modeli hazır olan sistemin sanal olarak çalıştırılması ve izlenmesi sürecidir.

Dinamik sistemlerin modellenmesi ve simulasyonu için hazırlanmış görsel paket programlar vardır.

Örneğin "Matlab" tabanlı çalışan "Simulink" ile simulasyon gerçekleştirilebilir.

Böylece gerçek sistem veya prototip üretilmeden, düşük maliyetler ile inceleme yapılabilir.

Sistem, belirli bir amaca yönelik fonksiyonel bağlantıları olan etkileşimli veya ilişkili elemanlar kümesidir.

Sistem "giriş değerleri üzerinde fonksiyon icra ederek çıkış değerleri ortaya koyan yapı" olarak da tanımlanabilir.

Bir sistem f(x)=y gibi matematiksel bir gösterimle de ifade edilebilir.

Sistemin sınırları, üzerinde yapılacak incelemenin amacına bağlıdır.

Bu sınırların dışındaki alan sistemin çevresidir.

Sistem çevresinden bu sınırlar üzerinden etkilenir ve çevresini de sınırlar üzerinden etkiler.

Sistem görev ve alt birimlerine bağlı olarak isimlendirilir. (Güç aktarma sistemi gibi)

Bir sistem genellikle bir dikdörtgen ve bu dikdörtgene gelen - giden oklar ile temsil edilir.

Örneğin bir elektrik motoru, elektrik gücünü (giriş) dönme hareketine (çıkış) dönüştüren bir sistemdir.

Ayrıca termometre ölçülen sıcaklığı (giriş), gösterge üzerindeki sayısal değer (çıkış) ile gösteren sistemdir.

Kontrol sistemi, bir sistemin davranışını istenilen duruma yöneltmek için gerekli kontrol işlemlerini sağlayan sistemdir.

Modeller, gerçek mekatronik sistemlerin sadeleştirilmiş şeklidir.

Gerçek mekatronik sistemler üzerinde çalışmanın pratik olmadığı durumlarda "Fiziksel Modelleme" yapılır.

Sonraki aşamada fiziksel modelleme ve yasalardan yararlananarak "Matematiksel Modelleme" yapılır.

Matematiksel modelleme sistemi soyut bir şekilde temsil eder.

Bilgisayar yardımıyla modeller üzerinden sistemin analizi yapılır.

Model gerçeğe ne kadar yakınsa, elde edilen sonuçlar da gerçek sonuçlara o kadar yakındır.

Çözüm istenilen duruma gelinceye kadar modelin iyileştirilmesi tekrarlanır.

Bazı Simulasyon Yazılımları

MATLAB & Simulink (Mathworks)

LabView (National Instruments)

MATRIXx SystemBuild (Integratec System)

Easy 5 (Boeing)

VisSim (Visual Solutions)

Simulasyon Yazılımlarının İşlevleri

Modelin oluşturulması

Modelin düzenlenmesi

Simulasyonun gerçekleştirilmesi

Simulasyon sonuçlarının eldesi

Grafiksel olarak oluşturulan model genellikle blok diagramları ile ifade edilir.

Simulasyon Aşamaları

Hazırlık (Modeldeki blokların denklemlerinin çıkarılması)

İterasyon (Sayısal yöntemler kullanılarak denklemlerin çözülmesi)

Sonlandırma (Sonuçların alınması, kaydedilmesi, animasyonla gösterilmesi)

Basit Sistem Elemanları

Fiziksel sistem elemanlarının çalışması enerji akışı, dönüşümü ve depolanması ilkelerine bağlıdır.

Mekanik, elektrik, hidrolik ve termik sistemlere ait basit elemanlarla ilgili fiziksel bağıntılar benzerdir.

Bir sistemde enerji akışının olması için uçlar arasında "potansiyel farkı" olmalıdır.

Enerji akışı yüksek potansiyelden düşük potansiyele doğru olmaktadır.

Sistem Değişkenleri

Uç Değişken (Effort)

Bir elemanın iki ucu arasında bir fark değer olarak ölçülen değişkendir.

Voltaj, hız, basınç, sıcaklık farkı...

İç Değişken (Rate, Flow)

Sistem boyunca hep aynı kalan değişkendir.

Akım, kuvvet, debi, termik debi...

Fiziksel Sistemlerde Eleman Grupları

Direnç (R, direnç elemanının akımın akışına direnç göstermesi)

Endüktans (L, bobin elemanının enerji depolama yeteneği)

Kapasite(C, kondansatör elemanının elektrik yığma sınırı)